Ce sunt bacteriile și ce fac acestea?

Bacteriile sunt organisme microscopice, unicelulare, care există în milioanele lor, în fiecare mediu, atât în ​​interiorul, cât și în afara altor organisme.

Unele bacterii sunt dăunătoare, dar majoritatea au un scop util. Acestea susțin multe forme de viață, atât vegetale, cât și animale, și sunt utilizate în procesele industriale și medicinale.

Se crede că bacteriile au fost primele organisme care au apărut pe pământ, acum aproximativ 4 miliarde de ani. Cele mai vechi fosile cunoscute sunt de organisme asemănătoare bacteriilor.

Bacteriile pot folosi majoritatea compușilor organici și anumiți compuși anorganici ca alimente, iar unele pot supraviețui condițiilor extreme.

Un interes din ce în ce mai mare pentru funcția microbiomului intestinal aruncă o nouă lumină asupra rolului pe care îl joacă bacteriile în sănătatea umană.

Ce sunt bacteriile?

Bacteriile sunt organisme unicelulare.

Bacteriile sunt organisme unicelulare care nu sunt nici plante, nici animale.

De obicei, măsoară câțiva micrometri în lungime și există împreună în comunități de milioane.

Un gram de sol conține de obicei aproximativ 40 de milioane de celule bacteriene. Un mililitru de apă dulce conține de obicei aproximativ un milion de celule bacteriene.

Se estimează că Pământul conține cel puțin 5 miliarde de bacterii și se crede că o mare parte din biomasa pământului este formată din bacterii.

Tipuri

Există multe tipuri diferite de bacterii. O modalitate de clasificare a acestora este după formă. Există trei forme de bază.

• Sferice: bacteriile în formă de bilă se numesc coci, iar o singură bacterie este un coc. Exemplele includ grupul de streptococi, responsabil pentru „gâtul strep”.
• În formă de tijă: Acestea sunt cunoscute sub numele de bacili (bacil singular). Unele bacterii în formă de tijă sunt curbate. Acestea sunt cunoscute sub numele de vibrio. Exemple de bacterii în formă de tijă includ Bacillus anthracis (B. anthracis), sau antrax.
• Spiral: Acestea sunt cunoscute sub numele de spirilla (spirillus singular). Dacă bobina lor este foarte strânsă sunt cunoscute sub numele de spirochete. Leptospiroza, boala Lyme și sifilisul sunt cauzate de bacterii de această formă.

Există multe variații în cadrul fiecărui grup de forme.

Structura

Celulele bacteriene sunt diferite de celulele vegetale și animale. Bacteriile sunt procariote, ceea ce înseamnă că nu au nucleu.

O celulă bacteriană include:

• Capsulă: un strat găsit la exteriorul peretelui celular în unele bacterii.
• Peretele celular: strat format dintr-un polimer numit peptidoglican. Peretele celular conferă bacteriei forma sa. Se află în afara membranei plasmatice. Peretele celular este mai gros în unele bacterii, numite bacterii Gram pozitive.
• Membrana plasmatică: găsită în peretele celular, aceasta generează energie și transportă substanțe chimice. Membrana este permeabilă, ceea ce înseamnă că substanțele pot trece prin ea.
• Citoplasmă: O substanță gelatinoasă din membrana plasmatică care conține material genetic și ribozomi.
• ADN: Acesta conține toate instrucțiunile genetice utilizate în dezvoltarea și funcționarea bacteriei. Se află în interiorul citoplasmei.
• Ribozomi: Aici sunt fabricate sau sintetizate proteinele. Ribozomii sunt particule complexe formate din granule bogate în ARN.
• Flagelul: Acesta este utilizat pentru mișcare, pentru a propulsa unele tipuri de bacterii. Există unele bacterii care pot avea mai multe.
• Pili: Aceste apendice asemănătoare părului din exteriorul celulei îi permit să se lipească de suprafețe și să transfere materialul genetic către alte celule. Acest lucru poate contribui la răspândirea bolilor la oameni.

Hrănire

Bacteriile se hrănesc în diferite moduri.

Bacteriile heterotrofe sau heterotrofii își obțin energia prin consumul de carbon organic. Majoritatea absorb materialul organic mort, cum ar fi carnea care se descompune. Unele dintre aceste bacterii parazite își ucid gazda, în timp ce altele le ajută.

Bacteriile autotrofe (sau doar autotrofele) își produc propria hrană, fie prin:

• fotosinteza, folosind lumina soarelui, apa și dioxidul de carbon sau
• chimiosinteză, folosind dioxid de carbon, apă și substanțe chimice precum amoniac, azot, sulf și altele

Bacteriile care utilizează fotosinteza se numesc fotoautotrofe. Unele tipuri, de exemplu cianobacteriile, produc oxigen. Acestea au jucat probabil un rol vital în crearea oxigenului din atmosfera pământului. Altele, precum heliobacteriile, nu produc oxigen.

Cei care utilizează chemosinteza sunt cunoscuți sub numele de chemoautotrofe. Aceste bacterii se găsesc în mod obișnuit în gurile de ventilare ale oceanului și în rădăcinile leguminoaselor, cum ar fi lucerna, trifoiul, mazărea, fasolea, linte și arahide.

Unde locuiesc ei?

Bacteriile pot prospera chiar și în medii extreme, cum ar fi ghețarii.

Bacteriile pot fi găsite în sol, apă, plante, animale, deșeuri radioactive, adânc în scoarța terestră, gheață și ghețari arctici și izvoare termale. Există bacterii în stratosferă, între 6 și 30 de mile în atmosferă și în adâncurile oceanului, până la 32.800 de picioare sau 10.000 de metri adâncime.

Aerobii sau bacteriile aerobe pot crește numai acolo unde există oxigen. Unele tipuri pot cauza probleme mediului uman, cum ar fi coroziunea, murdărirea, probleme cu claritatea apei și mirosurile neplăcute.

Anaerobii sau bacteriile anaerobe pot crește doar acolo unde nu există oxigen. La om, acest lucru se întâmplă mai ales în tractul gastrointestinal. De asemenea, pot provoca gaze, gangrenă, tetanos, botulism și majoritatea infecțiilor dentare.

Anaerobii facultativi sau bacteriile anaerobe facultative pot trăi cu sau fără oxigen, dar preferă mediile în care există oxigen. Acestea se găsesc mai ales în sol, apă, vegetație și în unele flori normale ale oamenilor și animalelor. Exemplele includ Salmonella.

Mesofilii, sau bacteriile mezofile, sunt bacteriile responsabile pentru majoritatea infecțiilor umane. Ei prosperă la temperaturi moderate, în jur de 37 ° C. Aceasta este temperatura corpului uman.

Exemplele includ Listeria monocytogenes, Pesudomonas maltophilia, Thiobacillus novellus, Staphylococcus aureus, Streptococcus pirogenes, Streptococcus pneumoniae, Escherichia coli, și Clostridium kluyveri.

Flora intestinală umană sau microbiomul intestinal conține bacterii mezofile benefice, cum ar fi dietetica Lactobacillus acidophilus.

Extremofilii sau bacteriile extremofile pot rezista condițiilor considerate prea extreme pentru majoritatea formelor de viață.

Termofilii pot trăi la temperaturi ridicate, până la 75 până la 80 ° C, iar hipertermofilii pot supraviețui la temperaturi de până la 113 ° C.

Adânc în ocean, bacteriile trăiesc în întuneric total prin orificii termice, unde temperatura și presiunea sunt ridicate. Își produc propria hrană prin oxidarea sulfului care provine din adâncul pământului.

Alți extremofili includ:

• halofile, găsite doar într-un mediu sărat
• acidofili, dintre care unii trăiesc în medii acide precum pH-ul 0
• alcalifile, care trăiesc în medii alciline până la pH 10,5
• psihrofile, întâlnite la temperaturi scăzute, de exemplu, în ghețari

Extremofilii pot supraviețui acolo unde niciun alt organism nu poate.

Reproducerea și transformarea

Bacteriile se pot reproduce și schimba folosind următoarele metode:

• Fisiunea binară: o formă de reproducere asexuată, în care o celulă continuă să crească până când un nou perete celular crește prin centru, formând două celule. Acestea se separă, formând două celule cu același material genetic.
• Transferul materialului genetic: celulele dobândesc material genetic nou prin procese cunoscute sub numele de conjugare, transformare sau transducție. Aceste procese pot face bacteriile mai puternice și mai capabile să reziste amenințărilor, cum ar fi medicamentele cu antibiotice.
• Spori: Când unele tipuri de bacterii au resurse reduse, pot forma spori. Sporii dețin materialul ADN al organismului și conțin enzimele necesare germinării. Sunt foarte rezistenți la stresul de mediu. Sporii pot rămâne inactivi secole, până când apar condițiile potrivite. Apoi se pot reactiva și deveni bacterii.
• Sporii pot supraviețui prin perioade de stres ambiental, inclusiv radiații ultraviolete (UV) și gamma, desicare, foamete, expunere chimică și temperaturi extreme.

Unele bacterii produc endospori sau spori interni, în timp ce altele produc exospori, care sunt eliberați în exterior. Acestea sunt cunoscute sub numele de chisturi.

Clostridium este un exemplu de bacterie formatoare de endospori. Există aproximativ 100 de specii de Clostridium, inclusiv Clostridium botulinim (C. botulinim) sau botulism, responsabil pentru un tip potențial fatal de intoxicație alimentară și Clostridium difficile (C. Dificil), care provoacă colită și alte probleme intestinale.

Utilizări

Bacteriile sunt adesea considerate a fi rele, dar multe sunt de ajutor. Nu am exista fără ele. Oxigenul pe care îl respirăm a fost creat probabil de activitatea bacteriilor.

Supraviețuirea umană

Multe dintre bacteriile din corp joacă un rol important în supraviețuirea umană. Bacteriile din sistemul digestiv descompun substanțele nutritive, cum ar fi zaharurile complexe, în forme pe care organismul le poate folosi.

Bacteriile nepericuloase contribuie, de asemenea, la prevenirea bolilor, ocupând locuri pe care bacteriile patogene sau cauzatoare de boli vor să le atașeze. Unele bacterii ne protejează de boli atacând agenții patogeni.

Fixarea azotului

Bacteriile preiau azot și îl eliberează pentru uz vegetal atunci când mor. Plantele au nevoie de azot în sol pentru a trăi, dar nu pot face asta singure. Pentru a asigura acest lucru, multe semințe de plante au un mic recipient de bacterii care este utilizat atunci când planta încolțește.

Tehnologia alimentară

Fabricarea brânzeturilor implică bacterii.

Bacteriile lactice, cum ar fi Lactobacillus și Lactococ împreună cu drojdie și mucegaiuri sau ciuperci, sunt folosite pentru a prepara alimente precum brânză, sos de soia, natto (boabe de soia fermentate), oțet, iaurt și murături.

Nu numai că fermentația este utilă pentru conservarea alimentelor, dar unele dintre aceste alimente pot oferi beneficii pentru sănătate.

De exemplu, unele alimente fermentate conțin tipuri de bacterii similare cu cele legate de sănătatea gastro-intestinală. Unele procese de fermentare conduc la noi compuși, cum ar fi acidul lactic, care par să aibă un efect antiinflamator.

Sunt necesare mai multe investigații pentru a confirma beneficiile pentru sănătate ale alimentelor fermentate.

Bacteriile din industrie și cercetare

Bacteriile pot descompune compușii organici. Acest lucru este util pentru activități precum procesarea deșeurilor și curățarea deversărilor de petrol și a deșeurilor toxice.

Industriile farmaceutice și chimice folosesc bacterii în producerea anumitor substanțe chimice.

Bacteriile sunt utilizate în biologia moleculară, biochimie și cercetare genetică, deoarece pot crește rapid și sunt relativ ușor de manipulat. Oamenii de știință folosesc bacteriile pentru a studia modul în care funcționează genele și enzimele.

Sunt necesare bacterii pentru a produce antibiotice.

Bacillus thuringiensis (Bt) este o bacterie care poate fi utilizată în agricultură în loc de pesticide. Nu are consecințele nedorite asupra mediului asociate cu utilizarea pesticidelor.

Pericole

Unele tipuri de bacterii pot provoca boli la om, precum holera, diteria, dizenteria, ciuma bubonică, pneumonia, tuberculoza (TBC), tifoida și multe altele.

Dacă corpul uman este expus la bacterii pe care organismul nu le recunoaște ca fiind de ajutor, sistemul imunitar le va ataca. Această reacție poate duce la simptomele de umflare și inflamație pe care le vedem, de exemplu, într-o rană infectată.

Rezistenţă

În 1900, pneumonia, TBC și diareea erau cei mai mari trei ucigași din Statele Unite. Tehnicile de sterilizare și medicamentele antibiotice au condus la o scădere semnificativă a deceselor cauzate de bolile bacteriene.

Cu toate acestea, utilizarea excesivă a antibioticelor face ca infecția bacteriană să fie mai greu de tratat. Pe măsură ce bacteriile mută, ele devin mai rezistente la antibioticele existente, făcând infecțiile mai greu de tratat. Bacteriile se transformă în mod natural, dar utilizarea excesivă a antibioticelor accelerează acest proces.

Chiar daca se dezvolta noi medicamente, fara schimbarea comportamentului, rezistenta la antibiotice va ramane o amenintare majora.

Organizația Mondială a Sănătății (OMS)

Din acest motiv, oamenii de știință și autoritățile sanitare solicită medicilor să nu prescrie antibiotice decât dacă este necesar și ca oamenii să practice alte modalități de prevenire a bolilor, cum ar fi o igienă bună a alimentelor, spălarea mâinilor, vaccinarea și utilizarea prezervativelor.

Microbiomul intestinal

Cercetări recente au condus la o nouă și tot mai mare conștientizare a modului în care corpul uman interacționează cu bacteriile și, în special, cu comunitățile de bacterii care trăiesc în tractul intestinal, cunoscut sub numele de microbiom intestinal sau flora intestinală.

În 2009, cercetătorii au publicat descoperiri care sugerează că femeile cu obezitate au mai multe șanse să aibă un anumit tip de bacterii, Selenomonas noxia (S. noxia), în gura lor.

În 2015, oamenii de știință de la Universitatea din Carolina de Nord au descoperit că intestinele persoanelor cu anorexie conțin bacterii „foarte diferite” sau comunități microbiene, în comparație cu persoanele care nu au această afecțiune. Ei sugerează că acest lucru poate avea un impact psihologic.

Istorie

În urmă cu peste 2.000 de ani, un autor roman, Marcus Terentius Varro, a sugerat că boala poate fi cauzată de animale mici care pluteau în aer. El i-a sfătuit pe oameni să evite locurile mlăștinoase în timpul lucrărilor de construcție, deoarece acestea ar putea conține insecte prea mici pentru a fi văzute de ochi și care au pătruns în corp prin gură și nări și pot cauza boli.

În secolul al XVII-lea, un om de știință olandez, Antonie van Leeuwenhoek, a creat un microscop cu lentilă unică cu care a văzut ceea ce el numea animalcule, cunoscut ulterior sub numele de bacterii. Este considerat primul microbiolog.

În secolul al XIX-lea, chimiștii Louis Pasteur și Robert Koch au spus că bolile sunt cauzate de germeni. Aceasta a fost cunoscută sub numele de teoria germenilor.

În 1910, omul de știință Paul Ehrlich a anunțat dezvoltarea primului antibiotic, Salvarsan. L-a folosit pentru a vindeca sifilisul. El a fost, de asemenea, primul om de știință care a detectat bacteriile folosind pete.

În 2001, Joshua Lederburg a inventat termenul „microbiom intestinal”, iar oamenii de știință din întreaga lume caută în prezent să descrie și să înțeleagă mai precis structurile, tipurile și utilizările „florei intestinale” sau bacteriilor din corpul uman.

În timp, se preconizează că această lucrare aruncă o nouă lumină într-o gamă largă de condiții de sănătate.